礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)的研究

盛永志

（長治市礦山救護隊， 山西 長治 046000）

引言

瓦斯突出、火災(zāi)、粉塵爆炸是威脅綜采作業(yè)安全的三大“殺手”，其造成的死亡人數(shù)占到了煤礦死亡總?cè)藬?shù)的70%以上[1]，因此建立一個井下安全控制系統(tǒng)，通過對風(fēng)量的控制來實現(xiàn)降低空氣中的瓦斯?jié)舛群?，將火?zāi)、爆炸控制在一定區(qū)域內(nèi)，防止災(zāi)害影響的進一步擴大具有十分重要的作用。在煤礦井下通常設(shè)置有風(fēng)門，用于對一定區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)量進行控制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛壬邥r就加大通風(fēng)量，確保瓦斯含量在安全范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時則會關(guān)閉風(fēng)門，停止火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的空氣流動，實現(xiàn)滅火，從而有效地防止火災(zāi)范圍的進一步擴大，但目前井下的風(fēng)門主要采用了簡單的控制模式，僅能實現(xiàn)開、合，無法實現(xiàn)根據(jù)井下環(huán)境自動調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，也無法實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制，無法滿足越來越高的井下安全控制需求，因此本文研究一種新的礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)，其采用全新的控制方案，能夠自動對井下巷道內(nèi)的空氣狀況進行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果實現(xiàn)對風(fēng)門開合度的調(diào)整，實現(xiàn)對井下風(fēng)量的精確調(diào)節(jié)和控制，該風(fēng)門自動控制系統(tǒng)具有控制精確度高、智能化程度好的優(yōu)點，可極大地提升煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。

1 礦井風(fēng)門自動控制功能模塊

礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)主要包括了風(fēng)門控制及運行參數(shù)模塊、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)信息采集模塊以及環(huán)境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結(jié)合[2]，先利用視頻監(jiān)控和環(huán)境傳感器監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對煤礦井下環(huán)境情況的實時監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息傳遞到控制中心內(nèi)，對數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)分析結(jié)果來實現(xiàn)對風(fēng)門開合和通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的聯(lián)合調(diào)整控制，滿足井下安全生產(chǎn)的控制需求。礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 自動化防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在該自動控制系統(tǒng)中，風(fēng)門控制及運行參數(shù)模塊主要用于執(zhí)行控制模塊的指令，實現(xiàn)對風(fēng)門開度大小和風(fēng)門運行情況的實時監(jiān)測與控制，確保接收到指令后能夠第一時間控制風(fēng)門運行。視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)信息采集模塊主要用于采集風(fēng)門處的視頻圖像信息，將視頻信號傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，實現(xiàn)地面控制中心人員對風(fēng)門狀態(tài)的實時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)異常時系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警廣播信號和撤退路線，確保井下作業(yè)人員及時脫險。環(huán)境信息傳感器信息采集模塊主要是利用各類傳感器設(shè)備實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速、粉塵濃度、瓦斯含量等的實時采集，對井下空氣環(huán)境的安全性進行判別，將判別結(jié)果反饋到控制中心，控制中心發(fā)出風(fēng)門動作指令，控制風(fēng)門自動運行，確保井下綜采作業(yè)的安全性。

2 風(fēng)門自動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)煤礦井下高塵、高濕的惡劣環(huán)境，同時滿足對井下環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)門控制的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，該風(fēng)門自動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上采用了雙串口微控制器，滿足對復(fù)雜數(shù)據(jù)信息的快速處理要求，數(shù)據(jù)通信采用了RS485 通信接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴．?dāng)系統(tǒng)主接口出現(xiàn)故障時將自動轉(zhuǎn)入RS232 數(shù)據(jù)通信接口，同時采用了X5045 模塊作為安全控制模塊[4]，其能夠平復(fù)電網(wǎng)電壓波動而導(dǎo)致的控制系統(tǒng)的故障和死機現(xiàn)象，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。為了提高該自動控制系統(tǒng)的操作便捷性，方便后續(xù)升級，采用了大型防爆液晶顯示屏進行數(shù)據(jù)信息的顯示和標(biāo)定。

為了滿足煤礦井下低能見度下的視頻監(jiān)控需求，系統(tǒng)采用了超清的防爆CCD 視頻監(jiān)控設(shè)備[5]，通過以太網(wǎng)絡(luò)來滿足瞬時大流程的數(shù)據(jù)傳輸需求，以太網(wǎng)絡(luò)和風(fēng)門自動控制系統(tǒng)的控制中心之間采用網(wǎng)絡(luò)交換機進行聯(lián)通，形成一個專用的視頻數(shù)據(jù)傳輸通道，滿足視頻監(jiān)控實時性和低滯后性的需求，該自動控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

3 井下風(fēng)門控制平臺手控按鍵設(shè)計

由于煤礦井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此該礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)除了具有自動啟閉、遠程控制功能外還具備手動操作控制的功能，在風(fēng)門附近的操作平臺上安裝有“打開”“關(guān)閉”“急?！薄敖怄i”四個控制按鈕。在每個風(fēng)門的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)置由手動控制操作平臺，滿足不同情況下的控制需求。當(dāng)緊急情況下人工可以控制風(fēng)門的打開或者關(guān)閉，在啟閉過程中一旦出現(xiàn)異常則可以采用“急?！笨刂?，確保風(fēng)門啟閉過程中的安全性，“解鎖”功能主要是在緊急制動后需對風(fēng)門進行復(fù)位，確保各類數(shù)據(jù)恢復(fù)到正常的狀態(tài)，滿足井下安全通風(fēng)的需求，煤礦井下風(fēng)門控制平臺分布如圖3 所示，圖中AN1、AN2 即表示控制平臺。

圖3 煤礦井下風(fēng)門控制平臺分布示意圖

4 結(jié)論

1）礦井風(fēng)門自動控制系統(tǒng)主要包括了風(fēng)門控制及運行參數(shù)模塊、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)信息采集模塊以及環(huán)境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對井下風(fēng)門運行狀態(tài)的全自動監(jiān)控和精確調(diào)整；

2）自動控制系統(tǒng)采用了RS483 通信接口、X5045安全控制模塊、超清的防爆CCD 視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠滿足煤礦井下惡劣環(huán)境中的監(jiān)測和控制需求。